新型城域網(wǎng)MSTP的關(guān)鍵技術(shù)
http://www.chinatelecom.com.cn 　2003年06月03日 　　中國電信集團北京研究院 張成良 

在目前城域傳送網(wǎng)的建設(shè)中，有一些概念值得探討，特別是城域傳送網(wǎng)與過去本地傳輸網(wǎng)的關(guān)系、城域傳送網(wǎng)與城域數(shù)據(jù)網(wǎng)的關(guān)系。目前宣傳比較多的是第三代MSTP 更是讓人摸不著頭腦，到底什么是第三代MSTP ，也是眾說紛紜。本文將對城域傳送網(wǎng)與現(xiàn)有傳輸網(wǎng)關(guān)系和MSTP 新功能討論。特別是對于新型MSTP 幾項關(guān)鍵技術(shù)如虛級聯(lián)、LCAS、RPR 功能的實現(xiàn)應(yīng)用環(huán)境進行探討。

一、城域傳送網(wǎng)與目前城市傳輸網(wǎng)關(guān)系

城域傳送網(wǎng)首先不是一個新的概念，特別是對于已經(jīng)擁有龐大城市傳輸網(wǎng)的運營商（例如中國電信），今天我們談?wù)摰慕ㄔO(shè)城域網(wǎng)的建設(shè)，絕對不是重新敷設(shè)一張新的傳輸網(wǎng)（專門承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)），而是在城域地區(qū)對以前建設(shè)的傳輸網(wǎng)進行優(yōu)化和改造。過去傳輸網(wǎng)支持的主要的是TDM 業(yè)務(wù)，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增加，有必要使這張網(wǎng)更有效地支持各種業(yè)務(wù)。城域網(wǎng)建設(shè)應(yīng)該理解為在新引入傳輸設(shè)備采用新一代MSTP （而不是傳統(tǒng)SDH），對原來SDH進行擴容時增加數(shù)據(jù)處理功能，例如引入支持?jǐn)?shù)據(jù)功能的支路板卡，以便在一個傳輸平臺上同時支持TDM 和數(shù)據(jù)的傳輸。

在建設(shè)過程中，應(yīng)該保持新建設(shè) MSTP （或者對原來SDH數(shù)據(jù)處理板卡擴展）應(yīng)與原來SDH 系統(tǒng)統(tǒng)一到一個管理平臺內(nèi)，基于SDH 多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點是一種新型SDH ，它的核心處理依然基于SDH VC 通道的，只是外圍增加了以太網(wǎng)處理和一些新功能，網(wǎng)管系統(tǒng)與原來的SDH 是后向兼容的。

二、新型MSTP 關(guān)鍵技術(shù)

目前關(guān)于新型MSTP 的討論比較多，有些制造商甚至稱之為所謂“第三代MSTP”。其實這是很不科學(xué)的，也是不近合理的。MSTP 是一種快速發(fā)展的技術(shù)，從2001年以來已經(jīng)出現(xiàn)了幾個版本，并沒有一個十分穩(wěn)定的我們可以稱為“一代產(chǎn)品”的版本。而且在2001年國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基于SDH 多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點技術(shù)要求》中已經(jīng)包含了“第一代”和“第二代”應(yīng)用，兩者之間的差別在于在二層交換的支持。而目前新型MSTP 只是在以前基礎(chǔ)上增加了一些新功能，特別是鏈路容量自動調(diào)整（LCAS）機制、以太環(huán)網(wǎng)帶寬公平接入和擁塞控制等。下面我們將具體討論其實現(xiàn)機制和應(yīng)用。

2.1 虛級聯(lián)和LCAS 功能

在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用環(huán)境下，由于業(yè)務(wù)的突發(fā)特征，虛級聯(lián)和LCAS是衡量MSTP帶寬是否有效利用的重要指標(biāo)。虛級聯(lián)實現(xiàn)了動態(tài)調(diào)整，通過虛級聯(lián)實現(xiàn)業(yè)務(wù)帶寬和SDH虛容器之間的適配，比連續(xù)級聯(lián)更好地利用SDH鏈路帶寬，提高了傳送效率；LCAS可以根據(jù)業(yè)務(wù)流量對所分配的虛容器帶寬進行動態(tài)調(diào)整，而且在這個調(diào)整過程中不會對數(shù)據(jù)傳送性能造成影響。

在SDH 網(wǎng)絡(luò)中，虛級聯(lián)實現(xiàn)相對簡單，最重要的是參與虛級聯(lián)VC容器 序列號SQ的傳送，以保證系統(tǒng)在末端能夠?qū)�傳送信號的VC 重新排隊重組。而在LCAS 更多的是實現(xiàn)雙向通信的控制信息的傳送，如CTRL、MST等。虛級聯(lián)和LCAS 功能實現(xiàn)都是通過同一個字節(jié)實現(xiàn)的。在VC-3/VC-4采用的是H4 字節(jié)（H4 是通道開銷字節(jié)）。其構(gòu)成兩重復(fù)幀，第一重復(fù)幀由16幀組成，第二重復(fù)幀長256 。要完成一組VCG（虛級聯(lián)組）控制信息的傳輸，需要1 復(fù)幀16幀，也就是2ms時間，一個VCG 最多由 256個VC 組成。



在低階 VC-12中，LCAS 實現(xiàn)是通過K4字節(jié)中的比特2來實現(xiàn)的，其中比特1來傳送信號標(biāo)識，也就是VC-12 承載的信號類型。比特2傳送虛級聯(lián)序號和LCAS控制信號。其中K4是4幀的復(fù)幀結(jié)構(gòu)，也就是每隔500us出現(xiàn)一次。LCAS控制信息是K4的32復(fù)幀構(gòu)成。完成一組LCAS 信息單向傳送需要4*125us*32=16ms。



LCAS 確保了工作在虛級聯(lián)狀態(tài)下的SDH 通路，在一個或幾個VC 通路出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)傳輸能夠保持正常 。一般說通過網(wǎng)管增加或者刪除虛級聯(lián)組中成員時，系統(tǒng)可以實現(xiàn)“不丟包”，即平滑增減；對于因為“斷纖”或者“告警”等原因?qū)е碌膭h除“虛級聯(lián)組”成員時，有少量丟包，這是由于突發(fā)的系統(tǒng)故障反饋必須從業(yè)務(wù)末端到首端，再從首端到末端，有一個LCAS 信息傳送和系統(tǒng)調(diào)整過程，一般需要幾十ms或者更多。其中VC-3/4 虛級聯(lián)組對業(yè)務(wù)的影響小一些，VC-12 虛級聯(lián)組業(yè)務(wù)受損時間長一些，因為要傳輸同樣的LCAS 控制信息內(nèi)容，需要VC-12 復(fù)幀長度更長。

2.2 以太環(huán)網(wǎng)和RPR 功能

以太環(huán)網(wǎng)有幾個重要特點：一是必須能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)上各節(jié)點共享環(huán)上帶寬，并可實現(xiàn)公平的使用（通過速率限制、競爭或一定的算法）、二是實現(xiàn)基于環(huán)上業(yè)務(wù)的保護（不是SDH 層面保護，如二層或RPR），三是可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)優(yōu)先級和的處理，以開展以太網(wǎng)租用線業(yè)務(wù)。目前對于實現(xiàn)以太環(huán)網(wǎng)功能，主要有兩種方式。一種是基于2層交換方式予以實現(xiàn)，一種是通過內(nèi)嵌的RPR 環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)。

2.2.1 基于2層方式的環(huán)網(wǎng)功能

基于2層交換可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)優(yōu)先級和一定的帶寬控制功能。一般是通過對IEEE 802 1p幀格式信號的處理實現(xiàn)，以太網(wǎng)板卡在輸入口把不同802.1p值的流量映射到不同隊列進行處理，一般劃分2或4個隊列，實現(xiàn)優(yōu)先級策略。另外可以基于端口或VLAN 設(shè)置速率限制（如最小保證帶寬和最大帶寬），這樣就使系統(tǒng)有了一定帶寬控制機制，對于環(huán)上富裕的帶寬通過競爭接入。如果系統(tǒng)支持基于VLAN的多生成樹協(xié)議，多個VLAN 生成樹在一個環(huán)上，可以有效利用被單生成樹禁用環(huán)段的帶寬，結(jié)合COS業(yè)務(wù)分類，CIR和端口限速的技術(shù)，可以在一定程度上解決環(huán)網(wǎng)的帶寬公平性。

在保護方面，除了支持傳統(tǒng)的生成樹協(xié)議外，還支持IEEE 802.1w快速生成樹協(xié)議（RSTP），快速生成樹協(xié)議是生成樹協(xié)議的改進，在原有功能的基礎(chǔ)上提高了網(wǎng)絡(luò)保護的性能。傳統(tǒng)生成樹倒換時間為42s，從發(fā)現(xiàn)鏈路斷裂、數(shù)據(jù)中斷到數(shù)據(jù)恢復(fù)至少需要三十多秒的時間，而快速生成樹協(xié)議只需6~8秒的時間就可以將數(shù)據(jù)流切換到備份鏈路上。

基于2層交換實現(xiàn)的以太環(huán)網(wǎng)有比較大的局限性。從環(huán)網(wǎng)帶寬利用看，并不能實現(xiàn)的帶寬顆粒的靈活指配，同一等級的流量對帶寬的競爭缺乏完善的公平算法。從業(yè)務(wù)優(yōu)先級來看，對輸入信號優(yōu)先級劃分只能按照百分比切割，并不科學(xué)。在保護上依賴于STP 生成樹，倒換速率比較慢，嚴(yán)格意義上二層實現(xiàn)的以太環(huán)網(wǎng)并不是真正的“分組環(huán)”。

2.2.2 基于RPR 的環(huán)網(wǎng)功能

通過RPR模塊實現(xiàn)以太環(huán)網(wǎng)是目前許多設(shè)備制造商的選擇，RPR可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)優(yōu)先級處理和帶寬的公平使用。內(nèi)嵌RPR 多占用VC-4或VC-4-4c （在10Gb/sMSTP也可以為VC-4-16c）速率作為共享帶寬, 要實現(xiàn)共享顆粒越小，處理起來越復(fù)雜。

RPR 模塊利用環(huán)路RPR MAC技術(shù)，實現(xiàn)報文在目的節(jié)點被接收并從環(huán)路剝離，有效利用環(huán)網(wǎng)帶寬。系統(tǒng)具有環(huán)網(wǎng)的帶寬公平共享和優(yōu)先級搶占功能�？梢园巡煌�802.1p值或TOS值的流量映射到RPR環(huán)網(wǎng)的不同服務(wù)類型中，進行優(yōu)先級劃分，同一優(yōu)先級的流量可以公平共享環(huán)路帶寬。支持對環(huán)路帶寬的自動調(diào)整，當(dāng)有新的流量產(chǎn)生時，各流量動態(tài)調(diào)整發(fā)送速率，達到公平共享帶寬資源。接入的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)映射到RPR MAC層時，可以采用IEEE802.17中定義的遠程轉(zhuǎn)發(fā)（Remote forwarding）方式，實現(xiàn)對IEEE 802.3 MAC幀的透明傳送；并能夠識別IEEE 802.1q規(guī)定的數(shù)據(jù)幀，根據(jù)VLAN信息轉(zhuǎn)發(fā)/過濾數(shù)據(jù)幀； 



內(nèi)嵌式RPR支持拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)和環(huán)網(wǎng)智能保護，針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供小于50ms的快速分組環(huán)保護，可以保護由于節(jié)點失效或鏈路失效產(chǎn)生的故障。RPR保護倒換支持兩種方式，Wrap保護倒換與Steering保護倒換，其中Wrap保護倒換時間短一些。RPR技術(shù)還可實現(xiàn)VLAN地址擴展和重用測試，突破傳統(tǒng)以太網(wǎng)二層交換的4,096個地址的限制，從而適應(yīng)電信級城域公網(wǎng)應(yīng)用。即使在相同的VLAN ID的情況下，仍能夠區(qū)分不同用戶的業(yè)務(wù)流，實現(xiàn)雙VLAN標(biāo)簽的強大功能，以區(qū)分運營商和用戶自定義的VLAN標(biāo)簽。

RPR功能并不排斥二層交換功能（如圖3所示）。有些廠商設(shè)備只支持RPR 功能，而沒有二層處理。這樣可能會影響RPR 功能的發(fā)揮，特別是對業(yè)務(wù)Q0S支持。如果沒有二層處理的話，就無法識別Incoming 輸入信號的IEEE 802.1p幀結(jié)構(gòu)，對輸入信號的等級無法區(qū)分，系統(tǒng)只能實現(xiàn)基于端口的QoS。另外也無法實現(xiàn)對VLAN 標(biāo)識識別，無法完成基于VLAN 的許多功能，如速率限制、帶寬共享等。

2.3 RPR 與SDH 保護功能的協(xié)調(diào)工作

內(nèi)嵌RPR模塊的MSTP必須實現(xiàn)RPR 和SDH 復(fù)用段兩重保護的協(xié)調(diào)工作。當(dāng)光纖切斷時，一般SDH 復(fù)用段保護功能會啟用，這時RPR 保護功能是否還有用，這是一個值得探討的問題。對于該情形有兩種解決方案，一種是參與RPR 傳輸?shù)腣C時隙 進行SDH 復(fù)用段保護，這時可以不需要RPR 保護功能（也就是將RPR 保護功能凍結(jié)disable）。參與RPR傳輸?shù)腣C 時隙與傳送話音SDH 時隙不同的是在備用時隙中也傳輸數(shù)據(jù)，而不是將備用時隙空閑用來保護。由于空閑時隙中傳送了業(yè)務(wù)，在SDH 進行保護倒換時對業(yè)務(wù)影響有可能超過50ms，系統(tǒng)倒換后，RPR 系統(tǒng)工作在類似“Wrap”狀態(tài)下。

第二種是參與RPR 傳輸VC 時隙不進行SDH復(fù)用段保護，只進行RPR 保護，但這需要對SDH 復(fù)用段保護環(huán)進行特殊的設(shè)置，使這些時隙不參與SDH 復(fù)用段保護環(huán)保護，但是一般來說SDH復(fù)用段保護的優(yōu)先級比較高，傳輸系統(tǒng)是否有能力予以配置還需要觀察。

RPR技術(shù)的保護功能更多地體現(xiàn)在單獨應(yīng)用上，例如集成在數(shù)據(jù)設(shè)備中，實現(xiàn)50ms的保護倒換，如果集成在SDH 設(shè)備中，更多的應(yīng)該體現(xiàn)在對帶寬的公平處理、對信號QoS的支持、VLAN 地址擴展上，保護功能不是很重要的一個技術(shù)元素。

三、小結(jié)

新型MSTP 還處于快速發(fā)展之中，其最重要的特點就是實現(xiàn)了帶寬的公平使用、支持信號QoS的分級、動態(tài)調(diào)整帶寬的LCAS 三個方面，當(dāng)然除了本文討論的內(nèi)嵌RPR 環(huán)網(wǎng)功能外，也有廠商采用了MPLS來實現(xiàn)上述功能，并且可以保證與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的互通。這些新技術(shù)的應(yīng)用都是為了保證MSTP 更好地完成對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理和優(yōu)化。

由于這些新功能都是剛剛開發(fā)出來，實際應(yīng)用尚不多，相信隨著設(shè)備應(yīng)用的增加和實踐中的逐步改進，這些新功能將會更完善。